电厂脱硝讲义

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1、第五章NOx控制技术5.1NOx的危害性及排放情况氮氧化物是造成大气污染的主要污染源之一。通常所说的氮氧化物NOx有多种不同形式：N2O、NO、NO2、N2O3、N2O4和N2O5，其中NO和NO2是重要的大气污染物。据统计，我国大气污染物中氮氧化物是化石燃料在高温下与空气混合发生燃烧时产生的。90%以上的氮氧化物来源于矿物燃料(如煤、石油、天然气等)的燃烧过程，我国氮氧化物的排放量中70％来自于煤炭的直接燃烧，电力工业又是我国的燃煤大户，因此火力发电厂是NOx排放的主要来源之一。氮氧化物是化石燃料与空气在高温燃烧时产生的，氮氧化物的危害性表现在：(1

2、)对人体健康的直接危害。NO为无色无味的气体，它与血红蛋白的亲和能力强，破坏人畜血液中的血红蛋白，容易造成缺氧;且NO氧化成NO2其毒性更强，对人的眼睛和呼吸器官有强刺激作用;此外NO还有致癌作用，对细胞分裂和遗传信息的传递有不良影响。NO2红棕色、溶于水、具有氧化性、人呼吸时可达肺部，引起呼吸系统疾病。构成对大气环境的严重污染，引起肺气肿、哮喘、支气管炎、乃至死亡。NOx的危害是在不知不觉中缓慢积累，其危害隐蔽而持久。引发一系列明显的NOx综合症，诸如胸闷、头晕、乏力、呼吸系统不畅及老年痴呆症等。以致在人发病后竟不知病源来自何方。NOx又被称为“隐形

3、杀手”。(2)参与形成光化学烟雾，形成酸雨，造成环境污染。NO2在紫外线的照射下，与碳氢化合物作用，形成臭氧（O3）为主的光化学氧化物，称为光化学烟雾。(3)氧化二氮是一种温室气体，会破坏臭氧层。一氧化二氮（N₂O）是一种具有41温室效应的气体，是《京都议定书》规定的6种温室气体之一。N₂O在大气中的存留时间长，并可输送到平流层，同时，N₂O也是导致臭氧层损耗的物质之一。与二氧化碳相比，虽然N₂O在大气中的含量很低，但其单分子增温潜势却是二氧化碳的310倍。(4)光化学反应使NO2分解为NO和O3，大气中臭氧对植物生长和人体健康十分有害。1952年美国

4、洛杉矶发生光化学烟雾，对农业和林业的危害曾波及27个州。附近农作物一夜之间严重受害；6.5万公顷的森林，29％严重受害，33％中等受害，其余38％也受轻度损害。不同浓度的NO2对人体健康的影响一些大城市对空气中NO含量的测定41NO2浓度的日变化5.2氮氧化物的产生机理燃烧过程中NOx的生成机理比SO2要复杂得多，烟气中NOx的浓度也不象SO2那样可以由煤的含硫量计算得出，其生成量与燃烧方式特别是燃烧温度和过剩空气系数密切相关。研究燃烧过程中NOx的生成机理对有效抑制它的产生具有重要意义。在氮氧化物中，NO占有90%以上，二氧化氮占5%-10%，产生机

5、理一般分为如下三种： (1)热力型 燃烧时，空气中氮在高温下氧化产生，其中的生成过程是一个不分支连锁反应。其生成机理可用捷里多维奇(Zeldovich)反应式表示。 热力型氮氧化物生成机理(Zeldovich反应式)O+N2→NO+NN+O2→NO+O高温下生成NO和NO2的总反应为：N2+O2→2NO+Q41NO+0.5O2→NO21971年Fenimoer发现在富燃料火焰中下列反应：N+OH→NO+H其中反应方程式O+N2→NO+N是控制步骤，因为它需要高的活化能，由于原子氧(O)和氮分子(N2)反应的活化能很大，而原子氧和燃料中可燃成分反应的活化

6、能很小，它们之间的反应更容易进行，所以，在火焰中不会生成大量的NO，NO的生成反应基本上在燃料燃烧完了之后才进行，即NO是在火焰的下游区域生成的。当温度低于1500K时，其Kp（平衡常数）很小，生成的NO的分压(浓度)很小，表明热力型NOx是在温度高于1500K时产生的，并随着温度的升高而增多。随着温度的升高，NO氧化成NOx的份额减少，当温度升高到1500K以后，大量的N02分解为NO。由此可见，热力型NOx产生于1500K以上，在过剩空气系数为1.1的条件下，炉内温度达到1300～1500℃时，烟气中NO的体积分数在(500～l000)×10（-6

7、）。图5-1热力型NOx的生成浓度与温度的关系(2)瞬时反应型(快速型)41快速型NOx是1971年Fenimore通过实验发现的。在碳氢化合物燃料燃烧在燃料过浓时，在反应区附近会快速生成NOx。它是燃料燃烧时产生的烃(CH、cH2、cH3及C2)离子团撞击燃烧空气中的N2生成HCN、CN，再与火焰中产生的大量0、OH反应生成NCO，NCO又被进一步氧化成NO。此外，火焰中HCN浓度很高时存在大量氨化合物(NH3)，这些氨化台物与氧原子等快速反应生成NO。快速型NOx的来源类似于热力型NOx，但其反应机理却和燃料型NOx相似，当N2和CH2反应生成HC

8、N后，两者的反应途径完全相同。它在CH2类原子团较多、氧气浓度相对较低的富燃料燃烧时产生，多发